ارزیابی ریزساختار و سختی قطعات ریختگی عملیات حرارتی شده با آزمون غیرمخرب جریان گردابی

نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

2 دانشیار دانشکده مهندسی مواد و صنایع دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

10.22034/frj.2018.101534.1001

چکیده

در این تحقیق از روش غیرمخرب جریان گردابی برای ارزیابی و تشخیص ریزساختار و سختی یک فولاد ریختگی بعد از انجام عملیات حرارتی، استفاده شد. به این منظور هشت نمونه شاهد یکسان از شمش فولاد ریختگی هایپریوتکتوئیدی کم‌آلیاژ موسوم به FMU-226 تهیه شده و سپس تحت سیکل‌های مختلف عملیات حرارتی نظیر آنیل کامل، کوئنچ و کوئنچ-تمپر قرار گرفتند. مطالعات ریزساختاری با میکروسکپ الکترونی روبشی، میکروسکپ نوری و سختی‌سنجی به روش ویکرز به عنوان آزمون‌های مخرب انجام شد. در ادامه با استفاده از یک دستگاه جریان گردابی به صورت غیرمخرب، ریزساختار و سختی نمونه‌ها در فرکانس‌های مختلف مورد بررسی قرار گرفت. قابلیت شاخص‌های مختلف جریان گردابی از جمله مقاومت اهمی، مقاومت القایی، امپدانس و نسبت مقاومت اهمی به امپدانس برای توسعه یک مدل ریاضی با سختی و برای تحلیل ریزساختار مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که می‌توان با استفاده از روش جریان گردابی به صورت غیرمخرب و سریع، این قطعات فولادی را بر حسب ریزساختار و سختی از یکدیگر شناسایی و تفکیک کرد. مشخص شد که شاخص‌های جریان گردابی تابعی از فرکانس جریان، تغییرات میزان آستنیت باقیمانده، نوع ریزساختار زمینه و مورفولوژی کاربیدها است. با استفاده از نقشه امپدانسی دستگاه جریان گردابی در فرکانس kHz20، به صورت گرافیکی می‌توان نوع ریزساختار زمینه را تشخیص داد. همچنین امپدانس سیم‌پیچ (Z) در این فرکانس، مناسب‌ترین شاخص جریان گردابی برای سختی‌سنجی شناسایی شد و رابطه‌ای اختصاصی آن برای کنترل کیفیت قطعات عملیات حرارتی شده از این فولاد ارائه شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Microstructure and Hardness Evaluation of Heat Treated Cast Steel by Eddy Current Nondestructive Method

نویسندگان [English]

  • Mojtaba Javahery 1
  • Majid Abbasi 2
1 MSc, Materials Engineering, Babol Noshirvani University of Technology
2 Associate Professor, Materials and Industrial Engineering Department, Babol Noshirvani University of Technology
چکیده [English]

In this paper, the nondestructive eddy current method was used for evaluation of microstructure and hardness of the heat treated cast steel. For this purpose, eight reference samples in same sizes were prepared from the cast block of hypereutectoid low alloy steel called FMU-226 and then the samples were heat treated under different cycles such as full annealing, quenching and quench-tempering. The microstructural studies were performed using scanning electron microscope (SEM), optical microscope and Vickers hardness (HV) instrument as destructive tests. Then, the microstructure and hardness of the samples were evaluated nondestructively by an eddy current test device at different frequencies. The capacities of different eddy current characters such as resistivity, inductive reactance, impedance and resistivity to impedance ratio were examined for developing a mathematical model to hardness measuring and microstructural recognitions. The results showed that the eddy current method can be nondestructively recognized and separated the steel parts according to their microstructure and hardness, rapidly. It was recognized that the eddy current characters were related to the current frequency, variation of retained austenite content in matrix, type of matrix microstructure and carbides morphologies. By using of impedance plane in the eddy current test at 20 kHz, it can be visually detected the microstructure of the heat treated steel. In addition, the impedance (Z) at this frequency was recognized as proper eddy current character for hardness measuring and the special equation for quality control of the heat treated steel was presented.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Eddy current
  • Nondestructive evaluation
  • Quality Control
  • Microstructure
  • Hardness

[1] Hellier C.J., Handbook of Nondestructive Evaluation, McGraw-Hill Companies, New York, 2003.

[2] Shull P.J., Nondestructive Evaluation Theory (Techniques and Applications), Marcel Dekker, New York, 2002.

[3] International Atomic Energy Agency, Eddy Current Testing at Level 2, Vienna International Centre, Austria, 2011.

[4] American Society for Metals International Handbook Committee, (Nondestructive Evaluation and Quality Control Vol. 17), ASM International, 2004.

[5] تویسرکانی ح.، بررسی‌های غیرمخرب، انتشارات دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، 1391.

[6] عباسی م.، جواهری م.، شامقلی م.، و ریاضی س.م.، کنترل کیفیت غیرمخرب قطعات کربونیتروره شده با آزمون جریان گردابی: مطالعه موردی ارزیابی سختی قطعه پیستونی روی فنر سوپاپ، سومین کنفرانس بین المللی آزمون‌های غیرمخرب ایران، تهران، هتل المپیک، اسفند 1394.

[7] Bida G.V., Nichipuruk A. P., Tsarkova T.P., Magnetic Properties of steels after quenching and tempering carbon steels, Russian Journal of Nondestructive Testing, 2001, 37(2) 79-99.

[8] Byeon J. W., Kwun S. I., Magnetic Evaluation of microstructures and strength of eutectoid steel, Materials Transactions, 2003, 44(10) 2184-2190.

[9] Camerini C., Sacramento R., Areiza M.C., Rocha A., Santos R., Rebello J.M., Pereira G., Eddy current techniques for super duplex stainless steel characterization, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2015, 388(15) 96–100.

[10] Konoplyuk S., Estimation of pearlite fraction in ductile cast irons by eddy current method, NDT&E International, 2010, 43(324) 360–364.

[11] Konoplyuk S., Abe T., Uchimoto T., Takagi T., Kurosawa M.,Characterization of ductile cast iron by eddy current method, NDT&E International, 2005, 38(8) 623-626.

[12] Kashefi M., Rafsanjani A., Kahrobaee S., Alaee M., Magnetic nondestructive technology for detection of tempered martensite embrittlement, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2012, 324(23) 4090–4093.

[13] Perevertov O., Stupakov O., Toma I., Skrbek B., Detection of spring steel surface decarburization by magnetic hysteresis measurements, NDT&E International, 2011, 44(6) 490–494.

[14] Sekine Y., Soyama H., Evaluation of the surface of alloy tool steel treated by cavitation shotless peening using an eddy current method, Surface and Coatings Technology, 2009, 203(16) 2254-2259.

[15] Asadi A., Abbasi M., Shamgholi M., Eddy current detection of retained austenite in ni-hard4 cast iron, Research in Nondestructive Evaluation, 2018, 29(1) 38-47.

[16] Khan S. H., Ali F., Nusair Khan A., Iqbal M.A., Eddy current detection of changes in stainless steel after cold reduction, Computational Materials Science, 2008, A43(4) 623–628.

[17] Shamgholi M., Riazi S.M., Abbasi M., Proposing a method for eddy current thickness measurements of coatings on ferrous metal base material, Proceedings of the 3rd Iranian International NDT Conference, Olympic Hotel, Tehran, Iran, 2016.

[18] حسینی س.ا.، عباسی م.، جواهری م.، ارزیابی فرآیند پیرسازی و سختی آلیاژ آلومینیم 7075 به روش غیرمخرب جریان گردابی، ششمین کنفرانس بین‌المللی مواد مهندسی و متالورژی، تهران، هتل المپیک، 1396.

[19] Rosen M., Horowitz E., The aging process in aluminum alloy 2024 studied by means of eddy currents, Materials Science and Engineering, 1982, 53(2) 191–198.

[20] Beswick J.M., The effect of chromium in high carbon bearing steels, Metallurgical Transactions A, 1987, 18(11) 1897-1906.

[21] Razzak M.A., Heat treatment and effects of Cr and Ni in low alloy steel, Bulletin of Materials Science, 2011, 34(7) 1439–1445.

[22] Pickering F., Garbarz B., The effect of transformation temperature and prior austenite grain size on the pearlite colony size in vanadium treated pearlitic steels, Scripta Metallurgica, 1987, 2(3)  249-253.

[23] Totten G.E., Steel Heat Treatment Handbook: Metallurgy and Technologies, Taylor & Francis Group, Portland, 2006.

[24] Shaeri M.H., Saghafian H., Shabestari S.G., Effects of austempering and martempering processes on amount of retained austenite in Cr-Mo steels (FMU-226) used in mill liner, Journal of Iron and Steel Research International, 2010, 17(2) 53-58.

[25] Zhag M.X., Kelly P.M., The morphology and formation mechanism of pearlite in steels, Materials Characterization, 2009, 60(6) 545–554.

[26] Kahrobaee S., Kashefi M., Electromagnetic nondestructive evaluation of tempering process in AISI D2 tool steel, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2015, 382, 359-365.

[27] جواهری م.، عباسی م.، ریاضی س.م.، عشقیان ر.، اثر دمای تمپر بر پاسخ آزمون غیرمخرب جریان گردابی، سومین کنفرانس بین‌المللی مواد مهندسی و متالورژی، 1393، تهران.

[28] جواهری م، عباسی م.، عزیزی ن.، بوترابی س.م.ع.، کنترل کیفیت غیرمخرب ریزساختار و سختی گلوله‌های آسیا چدن پرکروم توسط آزمون جریان گردابی، چهارمین کنفرانس بین‌المللی آزمون‌های غیرمخرب ایران، ایران، تهران، هتل المپیک، 1395.

[29] اسدی ا.، عباسی م.، شامقلی م.، ارزیابی غیرمخرب ریزساختار چدن مقاوم به سایش نایهارد4 با استفاده از آزمون جریان گردابی، مهندسی متالورژی، 1394، 18، (59) 34-43.